编译器的应用和最新进展

⑴ 编译器的历史

20世纪50年代，IBM的John Backus带领一个研究小组对FORTRAN语言及其编译器进行开发。但由于当时人们对编译理论了解不多，开发工作变得既复杂又艰苦。与此同时，Noam Chomsky开始了他对自然语言结构的研究。他的发现最终使得编译器的结构异常简单，甚至还带有了一些自动化。Chomsky的研究导致了根据语言文法的难易程度以及识别它们所需要的算法来对语言分类。正如Chomsky架构（Chomsky Hierarchy），它包括了文法的四个层次：0型文法、1型文法、2型文法和3型文法，且其中的每一个都是其前者的特殊情况。2型文法（或上下文无关文法）被证明是程序设计语言中最有用的，而且今天它已代表着程序设计语言结构的标准方式。分析问题（parsing problem，用于上下文无关文法识别的有效算法）的研究是在60年代和70年代，它相当完善的解决了这个问题。它已是编译原理中的一个标准部分。
有限状态自动机（Finite Automation）和正则表达式（Regular Expression）同上下文无关文法紧密相关，它们与Chomsky的3型文法相对应。对它们的研究与Chomsky的研究几乎同时开始，并且引出了表示程序设计语言的单词的符号方式。
人们接着又深化了生成有效目标代码的方法，这就是最初的编译器，它们被一直使用至今。人们通常将其称为优化技术（Optimization Technique），但因其从未真正地得到过被优化了的目标代码而仅仅改进了它的有效性，因此实际上应称作代码改进技术（Code Improvement Technique）。
当分析问题变得好懂起来时，人们就在开发程序上花费了很大的功夫来研究这一部分的编译器自动构造。这些程序最初被称为编译器的编译器（Compiler-compiler），但更确切地应称为分析程序生成器（Parser Generator），这是因为它们仅仅能够自动处理编译的一部分。这些程序中最着名的是Yacc（Yet Another Compiler-compiler），它是由Steve Johnson在1975年为Unix系统编写的。类似的，有限状态自动机的研究也发展了一种称为扫描程序生成器（Scanner Generator）的工具，Lex（与Yacc同时，由Mike Lesk为Unix系统开发）是这其中的佼佼者。
在20世纪70年代后期和80年代早期，大量的项目都贯注于编译器其它部分的生成自动化，这其中就包括了代码生成。这些尝试并未取得多少成功，这大概是因为操作太复杂而人们又对其不甚了解。
编译器设计最近的发展包括：首先，编译器包括了更加复杂算法的应用程序它用于推断或简化程序中的信息；这又与更为复杂的程序设计语言的发展结合在一起。其中典型的有用于函数语言编译的Hindley-Milner类型检查的统一算法。其次，编译器已越来越成为基于窗口的交互开发环境（Interactive Development Environment，IDE）的一部分，它包括了编辑器、连接程序、调试程序以及项目管理程序。这样的IDE标准并没有多少，但是对标准的窗口环境进行开发已成为方向。另一方面，尽管在编译原理领域进行了大量的研究，但是基本的编译器设计原理在近20年中都没有多大的改变，它正迅速地成为计算机科学课程中的中心环节。
在20世纪90年代，作为GNU项目或其它开放源代码项目标一部分，许多免费编译器和编译器开发工具被开发出来。这些工具可用来编译所有的计算机程序语言。它们中的一些项目被认为是高质量的，而且对现代编译理论感兴趣的人可以很容易的得到它们的免费源代码。
大约在1999年，SGI公布了他们的一个工业化的并行化优化编译器Pro64的源代码，后被全世界多个编译器研究小组用来做研究平台，并命名为Open64。Open64的设计结构好，分析优化全面，是编译器高级研究的理想平台。
编译器相关专业术语: 1. compiler编译器；编译程序 2. on-line compiler 连线编译器 3. precompiler 预编译器 4. serial compiler 串行编译器 5. system-specific compiler 特殊系统编译器 6. Information Presentation Facility Compiler 信息展示设施编译器 7. Compiler Monitor System 编译器监视系统

⑵ 编译器的编译器优化

应用程序之所以复杂, 是由于它们具有处理多种问题以及相关数据集的能力。实际上, 一个复杂的应用程序就象许多不同功能的应用程序“ 粘贴” 在一起。源文件中大部分复杂性来自于处理初始化和问题设置代码。这些文件虽然通常占源文件的很大一部分, 具有很大难度, 但基本上不花费C PU 执行周期。
尽管存在上述情况, 大多数Makefile文件只有一套编译器选项来编译项目中所有的文件。因此, 标准的优化方法只是简单地提升优化选项的强度, 一般从O 2 到O 3。这样一来, 就需要投人大量 精力来调试, 以确定哪些文件不能被优化, 并为这些文件建立特殊的make规则。
一个更简单但更有效的方法是通过一个性能分析器, 来运行最初的代码, 为那些占用了85 一95 % CPU 的源文件生成一个列表。通常情况下, 这些文件大约只占所有文件的1%。如果开发人员立刻为每一个列表中的文件建立其各自的规则, 则会处于更灵活有效的位置。这样一来改变优化只会引起一小部分文件被重新编译。进而,由于时间不会浪费在优化不费时的函数上, 重编译全部文件将会大大地加快。

⑶ 什么是“编译器”

了解的C/C++编译器如下：
GCC家族有
Cygwin
Mingw32
DJGPP
Dev-C++(Mingw32)
还有正宗的GNU GCC 2.95.5~3.0.0.4版本
MS家族有
MSC 5.0、6.0、7.0
MSQC 1.0、2.5
MSVC 1.0、4.2、6.0、7.0
Borland家族有
TC 1.0、2.0
TC++ 1.01、3.0
BC 3.0、3.1、4.0、4.5、5.0、5.02
BCB 3.0、5.0、6.0
其它有
Intel C/C++ 5.0
Watcom C/C++ 11.0、11.0c
VectorC 1.3.3
IBM VisualAge for C++
DigitalMars C/C++
KAI C/C++ 4.03f for RedHat 7.2
Lcc4.1
LCC-WIN32 2001-09-25~2002-04-28日版
Small C
CC386
Pacific C
另外还有C的解释器
Quincy
Eic
CINT

上面提到的编译器/解释器，大部分我都使用过。现在固定使用VC7.0 Cygwin Mingw32 VectorC和LCC-WIN32这五种编译器。

在GCC家族中GNU GCC是根本，其它的编译器版本都是从它导出的。其中，Cygwin和Mingw32都是WIN32平台下的编译器，DJGPP是DOS下的32位编译器。大家所熟知的DEV-C++充其量只是GCC的一个外壳，它所自带的编译器就是Mingw32的一个版本。这些GCC的版本中，Cygwin是最大的，它与其说是一个编译器，倒不如说是一套编程工具。它不仅有编译器，还有其它很多的工具。其实，它就是一个UNIX系统在WIN32平台上的实现。实现了大多常用的UNIX工具，最近的版本中连Apache这样的“工具”都集成进来的。不过，Cygwin虽然功能强大，但它却不是很易用（和UNIX相似，熟悉UNIX的人用它可以很快上手），因为太多其它的工具分散了人们的注意力。相比之下Mingw32就要好用得多，它只有最基本的几个编程工具（只可惜它不自带GDB）。GCC中并不只是C/C++编译器，其中还有很多其它的编译器如JAVA，Fortran，ADA等。它是一个编译器集合，不过有些编译器只能在UNIX系统上用。MS家族的编译器就不用说了，大家对它们都很熟悉。VC 7.0(VC.NET)是它的最新产品。Borland家族也不用说，大家也是耳熟能详。最近它才推出了BCB 6.0。

其它的编译器如：Intel C/C++大家一看名称就知道是Intel的东西，它和VC6完全兼容，不过要挂在VC6下才能用。Watcom C/C++是早先编译器四国大战中的一员，原本是很不错的东西，可惜战略不对，现在已不见声息了。倒是以它为基础的一个OpenWatcom现在还在奋战。VectorC是我近日才发现的一个好东东，它是个纯C的编译器。IBM的VisualAge for C++原本是IBM想用来淌C++编译器这片浑水的东西，不过IBM的战略改了，它就被放弃了。DigitalMars C/C++的前身的Symantec C++（它也是编译器四国大战中的一员），不过现在Symantec不做了，于是它的作者就把它改成了DigitalMars C/C++开放给大家使用。以上这些都是WIN32平台上的东西。KAI C/C++是个很强大的C/C++编译器，它是个多平台的编译器。不过现在被INTEL收购了，已经停止开发了。Lcc4.1是个纯C的编译器它是开放源代码的。不过不怎么好用。LCC-WIN32是一个在LCC基础上开发的C语言的集成开发环境，很好用，而且有很详细的资料，FREE！Pacific C是一个纯DOS的C的集成开发环境，就不多说了。Small C CC386都是开放源代码的编译器，它们都很简单，应用来给大家学习编译器的。Quincy Eic CINT都是C的解释器，是用来让大家学习C语言的其中CINT的功能很强大，还支持一些C++的特性。
当然还有很多其它的编译器，这里我给出的编译器都是可以在WIN32或DOS平台上用的（除KAI外）。UNIX平台上的编译器还是以GNU的为主，其它的我就不是很清楚了。

在以上的编译器中，最特别的就是VectorC这个东西只支持纯C。但它却号称是最快的编译器，不过经过我的试验，它的确在有些情况下强过其它编译器很多！而且它还有个交互式的优化器，可以让你直接看到C代码对映的汇编代码。Cygwin和Mingw32为一母所生，其运行效果相差不大。它们生成的代码效率都很不错，编译的速度也很快，最值得一提的是它们对C++的特性的支持算是所有编译器中最完全的，而且它们还支持C99的大部分特性。这一点很是不错！大家对MS的VC已经很熟悉了，本不用我多说。不过在它的最新的产品VC7.0中，有很大的改进。它对C++的特性的支持比6.0有了很大的提高，是我所用的编译器中是仅次于GCC的。而且它编译出的程序，运行速度很快！仅有少数时候次于VectorC与GCC，其它情况都是最快的！其平均运行速度是最快的。对Borland的产品我也无需多说。它的TC2.0与BC3.1都是我最喜欢的东西。可是现在的BCB却大不如前了，编译的速度和VC6一样慢！IDE还有较多的BUG。最令人想不通的是它生成的代码的运行速度很慢，比LCC-WIN32还慢！它唯一值得一提的就是它的RAD做的比MS的好。Intel的编译器大家可能不熟，它太贵了！还要有VC的支持，很不划算，而且编译速度比VC6还慢。不过它的代码质量很不错。DigitalMars C/C++没有什么亮点，编译速度较快，代码执行速度适中，对C++特性支持还算不错。LCC-WIN32是个很不错的集成开发环境，它只支持纯C。它的编译速度极快！代码执行速度较慢。不过它的最大亮点在于它的IDE，在所有的FREE编程工具中，它的IDE是最专业的，有很强大的代码分析，管理功能。而且它提供了大量的编程资料。
我曾对一些编译器的代码执行效率做过一些测试，以下是概况：
1. VectorC、VC 7.0 （极快）
2. Intel C/C++、VC 6.0、GCC （很快）
3. DigitalMars C/C++ （一般）
4. LCC-WIN32、BCB、BC5.02 (较慢)
当然，我所做的测试比较片面。不过在很大程度上已能反映其大概状况。

⑷ 编译器、操作系统、应用软件

我们先说下软件体系的架构。一般以OSI七层模型为国际标准。

即：
应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

编译器：即是应用层高级语言代码编译成二进器(机器语言)代码。它属于应用层工具软件

操作系统：它涵盖了应用层、表示层、会话层和传输层、网络层、数据链接层的所有层级的语言程序。

应用软件：即Application程序。所写的代码对象仅仅针对于表示层、会话层的访问和交互。当然它是一个成型的行业软件程序。

⑸ 编译器的发展史

编译器
编译器，是将便于人编写，阅读，维护的高级计算机语言翻译为计算机能识别，运行的低级机器语言的程序。编译器将源程序（Source program）作为输入，翻译产生使用目标语言（Target language）的等价程序。源程序一般为高级语言（High-level language），如Pascal，C++等，而目标语言则是汇编语言或目标机器的目标代码（Object code），有时也称作机器代码（Machine code）。

一个现代编译器的主要工作流程如下：

源程序（source code）→预处理器（preprocessor）→编译器（compiler）→汇编程序（assembler）→目标程序（object code）→连接器（链接器，Linker）→可执行程序（executables）
目录 [隐藏]
1 工作原理
2 编译器种类
3 预处理器（preprocessor）
4 编译器前端（frontend）
5 编译器后端（backend）
6 编译语言与解释语言对比
7 历史
8 参见

工作原理
翻译是从源代码（通常为高级语言）到能直接被计算机或虚拟机执行的目标代码（通常为低级语言或机器言）。然而，也存在从低级语言到高级语言的编译器，这类编译器中用来从由高级语言生成的低级语言代码重新生成高级语言代码的又被叫做反编译器。也有从一种高级语言生成另一种高级语言的编译器，或者生成一种需要进一步处理的的中间代码的编译器（又叫级联）。

典型的编译器输出是由包含入口点的名字和地址以及外部调用（到不在这个目标文件中的函数调用）的机器代码所组成的目标文件。一组目标文件，不必是同一编译器产生，但使用的编译器必需采用同样的输出格式，可以链接在一起并生成可以由用户直接执行的可执行程序。

编译器种类
编译器可以生成用来在与编译器本身所在的计算机和操作系统（平台）相同的环境下运行的目标代码，这种编译器又叫做“本地”编译器。另外，编译器也可以生成用来在其它平台上运行的目标代码，这种编译器又叫做交叉编译器。交叉编译器在生成新的硬件平台时非常有用。“源码到源码编译器”是指用一种高级语言作为输入，输出也是高级语言的编译器。例如: 自动并行化编译器经常采用一种高级语言作为输入，转换其中的代码，并用并行代码注释对它进行注释（如OpenMP）或者用语言构造进行注释（如FORTRAN的DOALL指令）。

预处理器（preprocessor）
作用是通过代入预定义等程序段将源程序补充完整。

编译器前端（frontend）
前端主要负责解析（parse）输入的源程序，由词法分析器和语法分析器协同工作。词法分析器负责把源程序中的‘单词’（Token）找出来,语法分析器把这些分散的单词按预先定义好的语法组装成有意义的表达式，语句 ，函数等等。 例如“a = b + c;”前端词法分析器看到的是“a, =, b , +, c;”，语法分析器按定义的语法，先把他们组装成表达式“b + c”，再组装成“a = b + c”的语句。 前端还负责语义（semantic checking）的检查，例如检测参与运算的变量是否是同一类型的，简单的错误处理。最终的结果常常是一个抽象的语法树（abstract syntax tree，或 AST），这样后端可以在此基础上进一步优化，处理。

编译器后端（backend）
编译器后端主要负责分析，优化中间代码（Intermediate representation）以及生成机器代码（Code Generation）。

一般说来所有的编译器分析，优化，变型都可以分成两大类： 函数内（intraproceral）还是函数之间（interproceral）进行。很明显，函数间的分析，优化更准确，但需要更长的时间来完成。

编译器分析（compiler analysis）的对象是前端生成并传递过来的中间代码，现代的优化型编译器（optimizing compiler）常常用好几种层次的中间代码来表示程序，高层的中间代码（high level IR）接近输入的源程序的格式，与输入语言相关（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的结构；中层的中间代码（middle level IR）与输入语言无关，低层的中间代码(Low level IR)与机器语言类似。 不同的分析，优化发生在最适合的那一层中间代码上。

常见的编译分析有函数调用树（call tree），控制流程图（Control flow graph），以及在此基础上的 变量定义－使用，使用－定义链（define-use/use-define or u-d/d-u chain），变量别名分析（alias analysis），指针分析（pointer analysis），数据依赖分析（data dependence analysis）等等。

上述的程序分析结果是编译器优化（compiler optimization）和程序变形（compiler transformation）的前提条件。常见的优化和变新有：函数内嵌（inlining），无用代码删除（Dead code elimination），标准化循环结构（loop normalization），循环体展开（loop unrolling），循环体合并，分裂（loop fusion，loop fission），数组填充（array padding），等等。 优化和变形的目的是减少代码的长度，提高内存（memory），缓存（cache）的使用率，减少读写磁盘，访问网络数据的频率。更高级的优化甚至可以把序列化的代码（serial code）变成并行运算，多线程的代码（parallelized，multi-threaded code）。

机器代码的生成是优化变型后的中间代码转换成机器指令的过程。现代编译器主要采用生成汇编代码（assembly code）的策略，而不直接生成二进制的目标代码（binary object code）。即使在代码生成阶段，高级编译器仍然要做很多分析，优化，变形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何选择合适的机器指令（instruction selection），如何合并几句代码成一句等等。

编译语言与解释语言对比
许多人将高级程序语言分为两类: 编译型语言 和 解释型语言 。然而，实际上，这些语言中的大多数既可用编译型实现也可用解释型实现，分类实际上反映的是那种语言常见的实现方式。（但是，某些解释型语言，很难用编译型实现。比如那些允许 在线代码更改 的解释型语言。）

历史
上世纪50年代，IBM的John Backus带领一个研究小组对FORTRAN语言及其编译器进行开发。但由于当时人们对编译理论了解不多，开发工作变得既复杂又艰苦。与此同时，Noam Chomsky开始了他对自然语言结构的研究。他的发现最终使得编译器的结构异常简单，甚至还带有了一些自动化。Chomsky的研究导致了根据语言文法的难易程度以及识别它们所需要的算法来对语言分类。正如现在所称的Chomsky架构（Chomsky Hierarchy），它包括了文法的四个层次：0型文法、1型文法、2型文法和3型文法，且其中的每一个都是其前者的特殊情况。2型文法（或上下文无关文法）被证明是程序设计语言中最有用的，而且今天它已代表着程序设计语言结构的标准方式。分析问题（parsing problem，用于上下文无关文法识别的有效算法）的研究是在60年代和70年代，它相当完善的解决了这个问题。现在它已是编译原理中的一个标准部分。

有限状态自动机（Finite Automaton）和正则表达式（Regular Expression）同上下文无关文法紧密相关，它们与Chomsky的3型文法相对应。对它们的研究与Chomsky的研究几乎同时开始，并且引出了表示程序设计语言的单词的符号方式。

人们接着又深化了生成有效目标代码的方法，这就是最初的编译器，它们被一直使用至今。人们通常将其称为优化技术（Optimization Technique），但因其从未真正地得到过被优化了的目标代码而仅仅改进了它的有效性，因此实际上应称作代码改进技术（Code Improvement Technique）。

当分析问题变得好懂起来时，人们就在开发程序上花费了很大的功夫来研究这一部分的编译器自动构造。这些程序最初被称为编译器的编译器（Compiler-compiler），但更确切地应称为分析程序生成器（Parser Generator），这是因为它们仅仅能够自动处理编译的一部分。这些程序中最着名的是Yacc（Yet Another Compiler-compiler），它是由Steve Johnson在1975年为Unix系统编写的。类似的，有限状态自动机的研究也发展了一种称为扫描程序生成器（Scanner Generator）的工具，Lex（与Yacc同时，由Mike Lesk为Unix系统开发）是这其中的佼佼者。

在70年代后期和80年代早期，大量的项目都贯注于编译器其它部分的生成自动化，这其中就包括了代码生成。这些尝试并未取得多少成功，这大概是因为操作太复杂而人们又对其不甚了解。

编译器设计最近的发展包括：首先，编译器包括了更加复杂算法的应用程序它用于推断或简化程序中的信息；这又与更为复杂的程序设计语言的发展结合在一起。其中典型的有用于函数语言编译的Hindley-Milner类型检查的统一算法。其次，编译器已越来越成为基于窗口的交互开发环境（Interactive Development Environment，IDE）的一部分，它包括了编辑器、连接程序、调试程序以及项目管理程序。这样的IDE标准并没有多少，但是对标准的窗口环境进行开发已成为方向。另一方面，尽管近年来在编译原理领域进行了大量的研究，但是基本的编译器设计原理在近20年中都没有多大的改变，它现在正迅速地成为计算机科学课程中的中心环节。

在九十年代，作为GNU项目或其它开放源代码项目的一部分，许多免费编译器和编译器开发工具被开发出来。这些工具可用来编译所有的计算机程序语言。它们中的一些项目被认为是高质量的，而且对现代编译理论感性趣的人可以很容易的得到它们的免费源代码。

大约在1999年，SGI公布了他们的一个工业化的并行化优化编译器Pro64的源代码，后被全世界多个编译器研究小组用来做研究平台，并命名为Open64。Open64的设计结构好，分析优化全面，是编译器高级研究的理想平台。

编译器是一种特殊的程序，它可以把以特定编程语言写成的程序变为机器可以运行的机器码。我们把一个程序写好，这时我们利用的环境是文本编辑器。这时我程序把程序称为源程序。在此以后程序员可以运行相应的编译器，通过指定需要编译的文件的名称就可以把相应的源文件（通过一个复杂的过程）转化为机器码了。

编译器工作方法
首先编译器进行语法分析，也就是要把那些字符串分离出来。然后进行语义分析，就是把各个由语法分析分析出的语法单元的意义搞清楚。最后生成的是目标文件，我们也称为obj文件。再经过链接器的链接就可以生成最后的可执行代码了。有些时候我们需要把多个文件产生的目标文件进行链接，产生最后的代码。我们把一过程称为交叉链接。

⑹ 编译原理除了可以用来编写编译器，还在哪些领域可以用到编译原理的知识

很多的，例如MASM编译器。
编译原理内容包括语言和文法、词法分析、语法分析、语法制导翻译、中间代码生成、存储管理、代码优化和目标代码生成等，这门课大部分人听起来比较困难，介绍编译程序构造的一般原理和基本方法，虽然只有少数人从事编译方面的工作，但是这门课在理论、技术、方法上都对我们提供了系统而有效的训练，有利于提高软件人员的素质和能力。

⑺ 编译器 优化

编译是从源代码（通常为高阶语言）到能直接被计算机或虚拟机执行的目标代码（通常为低阶语言或机器语言）的翻译过程。然而，也存在从低阶语言到高阶语言的编译器，这类编译器中用来从由高阶语言生成的低阶语言代码重新生成高阶语言代码的又被叫做反编译器。也有从一种高阶语言生成另一种高阶语言的编译器，或者生成一种需要进一步处理的的中间代码的编译器（又叫级联）。
典型的编译器输出是由包含入口点的名字和地址, 以及外部调用（到不在这个目标文件中的函数调用）的机器代码所组成的目标文件。一组目标文件，不必是同一编译器产生，但使用的编译器必需采用同样的输出格式，可以链接在一起并生成可以由用户直接执行的可执行程序。
从他的原理我们就好优化了，但是方法很多的

⑻ 编译器具体实现中比较巧妙的思想有哪些

这种做法的好处是：
可以作为解释器性能升级的一个简单路径，写解释器的代码而得到初级编译器的性能。事实上JamVM的解释器可以配置为多种实现方式：switch-threading、indirect-threading、direct-threading、inline-threading，它们的差别仅在于对opcode的dispatch方式不同；所有实现方式都共享同一份handler代码。
这种做法的缺点是：
这样写得到的“编译器”无论从代码组织还是程序思路都还是解释器的那套，从编译器的角度看很别扭。它最终实现出来效果跟从编译器角度出发的template-based JIT一样，但我觉得后者的思路更直观，代码也通常更清晰一些。
这种做法仍然无法跨越字节码边界做任何优化，因为每个opcode对应一个单独的handler，而这种做法的代码生成仅仅是把handler拷贝到一起而已。
要在它的基础之上进一步提高性能可以直接对字节码序列做些简单模式匹配，以便跨越字节码边界做优化。但这样做通常是自讨苦吃，工程上很难持续下去。